Souper conférence du 12 février 2018

CE QUE VOUS AVEZ PEUT-ÊTRE MANQUÉ...SOUPER-CONFÉRENCE DU 12 février 2018

Le 12 février dernier, le chapitre ASHRAE de Montréal lançait sa saison 2018-2019 avec sa soirée de recrutement des membres et Young Engineers in ASHRAE (YEA). Lors de cette soirée, M. Joël Primeau, ing. HBDP PA LEED, représentant technique  chez Enviroair, est venu nous présenter sa conférence intitulée  "Mieux comprendre la norme ASHRAE 62.1 pour la qualité de l’air intérieur" et M. Daniel Lauzon, président de NAD KLIMA, est venu nous présenter sa conférence "Le chauffage par les diffuseurs de plafond et l’efficacité de la distribution d’air".

Conférence technique

M. Joël Primeau a débuté la soirée en introduisant le contenu de la norme ASHRAE 62.1 qui est d’établir une méthodologie pour le calcul de début minimum d’air neuf (AN), et la conception des systèmes de ventilation (localisation, pressurisation des pièces, classification, etc.). Il a mis un accent particulier sur le fait que respecter ces normes lors de la conception des systèmes ne constitue qu’un minimum pour respecter la loi, et qu’il fallait prendre l’habitude de surpasser celles-ci en tenant compte de l’environnement spécifique du bâtiment (sources de polluant et d’odeurs près des prises d’air frais, etc.)

Dans un premier temps, M. Primeau a décrit les différentes procédures de conception qu’il existait dans la norme,  parmi lesquels on voit figurer :

• La procédure utilisant le taux de ventilation d’air neuf pour différents systèmes 100% air frais (section 6.2);
• La procédure utilisant la qualité de l’air intérieur (section 6.3);
• La procédure utilisant la ventilation naturelle (section 6.4);
• Et finalement la procédure pour calculer la ventilation d’évacuation (section 6.5);

Par la suite, il a présenté en détail utilisant le taux de ventilation :

 La formule qui la gouverne est : V_bz= R_pP_z + R_aA_z , où :

• V_bz est la ventilation dans le "breathing zone" calculée;
•  R_p est le débit d’air neuf par personne;
•  P_z est la population de la zone;
•  R_a est le débit d’air neuf par superficie de plancher
• (Ces trois derniers paramètres sont retrouvés dans le tableau 6.2.2.1);
• A_z est la superficie totale du plancher.

Le tableau 6.2.2.1 indique aussi d’autres facteurs qui rentrent en jeu lors de la détermination des constantes pour le calcul du taux de ventilation dont la classe de l’air, en précisant que l’air de classe 2 évacuée pourrait être remplacé par de l’air classe 1 (de meilleure qualité), mais que l’inverse n’était pas permis.

Il est bon de préciser que la ventilation est obligatoire pour les espaces fermés, occupés, et utilisés à des fins d’activités humaines, en excluant les espaces qui ont d’autres rôles de base (entrepôts ou autres) et qui ne sont occupés sauf pour des courtes périodes. M. Primeau a aussi mentionné qu’il manque de précisions dans ASHRAE sur les courtes périodes mentionnées, laissant beaucoup de latitude au concepteur. Il suggère "une ou deux fois par jour", ou encore "moins de 15 minutes".

Étant donné que tous les systèmes de distribution d’air ne sont pas égaux, il existe une formule corrective pour prendre en compte l’efficacité de ceux-ci :

V_oz= V_bz / E_z

Où E_z est l’efficacité de la distribution d’air dans la zone donnée dans le tableau 6.2.2.2 selon les différentes configurations d’entrées et retour d’air.

 Ainsi, selon la configuration choisie, la ventilation requise peut devoir être augmentée, ou diminuée. Il est donc important d’y prêter attention lors de la conception.

Dans un deuxième temps, M. Primeau a donné l’exemple d’un calcul du taux de ventilation d’air frais requis dans un système à zones multiples, en additionnant le débit d’air neuf requis dans chaque zone, comparativement à l’utilisation d’une formule qui prend en compte toutes les zones du système. Ceci effectué selon les sections  6.2.5.1 à 6.2.5.4 qui sont exigées pour le calcul du débit d’air frais requis quand il y a un mélange entre l’air frais d’extérieur et l’air recirculé :

La formule pour calculer le débit d’AN non corrigé requis dans un système à zones multiples est :

V_ou= D x ∑toutes les zones R_pP_z + ∑toutes les zones R_aA_z

Où D= P_s / ∑toutes les zones P_z et P_s est la population du système 

Cette formule est trouvée dans la section 6.2.5.3.

Il faut cependant corriger la valeur V_ou  en prenant en compte l’efficacité de ventilation .

Selon la section 6.2.5.4, la formule est V_ot= V_ou / E_v  , où E_v est déterminé (ou interpolée) dans le tableau 6.2.5.2 en utilisant la valeur maximale du système (Z_p) calculée par V_oz/ V_pz  qui est le (débit d’air frais dans une zone)/(débit de ventilation totale dans la zone)

En utilisant cette formule, pour l’exemple fourni, on peut diminuer significativement la quantité d’air neuf requise (jusqu’à 51% dans l’exemple) et par conséquent contribuer à une mécanique du bâtiment moins énergivore et dispendieuse à la construction parce que les capacités requises par les équipements (refroidisseur, chaudière, etc.) seront moins importante.

Pour terminer, M. Primeau a fait la remarque que dans les systèmes à débit variable (VAV), où le débit d’alimentation d’air totale est plus élevé en refroidissement qu’en chauffage, le débit d’air neuf est aussi proportionnellement plus élevé. Pour prendre en compte ce dernier, le débit d’air neuf relatif devrait être augmenté lorsqu’on est en chauffage.

Enfin, lors des questions, un point intéressant fut soulevé concernant les systèmes qui visent à contrôler les contaminants pour maintenir une qualité d’air intérieure et minimiser l’apport d’air extérieur qui vise à diluer ces contaminants (ex. : sondes de CO₂ ou autres). M. Primeau a répondu que la technologie des sondes détection aujourd’hui est telle que le délai de traitement (constat retardé par rapport à l’occupation), le savoir-faire de l’installation, et la sensibilité des sondes, ne permettent pas toujours de  récupérer tous les avantages d’une conception adéquate.

Présentation en format PDF.

Conférence principale

M. Lauzon a débuté sa présentation en nous parlant des avantages des diffuseurs haute induction qui se traduisent par un meilleur confort des occupants dû à la diminution du courant d’air ainsi qu’au mélange optimisé de l’air dans le local et cela, à moindre coût. Durant la présentation, plusieurs scénarios utilisant des diffuseurs à haute induction seront traités dont la possibilité de chauffer uniquement par le plafond en éliminant le 2^e stage de chauffage périphérique.

M. Lauzon a tout d’abord fait une comparaison entre un diffuseur haute efficacité et un diffuseur standard et les avantages suivants sont ressortis :

• Mélange optimisé et déstratification;
• Boucle de circulation de l’air dans le local complète;
• Pas de zone de stagnation de l’air dans le local, donc possibilité de réduire le débit d’air neuf.

Les deux premiers avantages amènent la possibilité de considérer le chauffage par les plafonds. Cependant, dans le cas où le chauffage est fait uniquement par le plafond deux éléments doivent être considérés, soit: un fonctionnement 24h/24, une séparation entre les zones périphériques (situées à 10 pieds du mur extérieur) et les zones internes ainsi qu’un retour d’air de la zone centrale dans les zones périphériques. Également, pour chauffer par les plafonds, une distinction doit être faite selon la hauteur de plafond (14 pieds et plus vs. 14 pieds et moins).

LOCAUX AVEC UNE HAUTEUR DE PLAFOND DE 14 PIeds ET MOINS

Les conditions pour chauffer les locaux avec une hauteur de plafond de 14 pieds et moins sont les suivantes :

• Avoir un bon zonage des unités de ventilation : en mode inoccupée (nuit) l’unité centrale peut être arrêtée et l’unité périphérique assure le maintien en température et l’apport d’air neuf. De cette façon la température d’alimentation est adaptée à chaque zone et on obtient un gain énergétique.
• Avoir un écart de température maximum de ∆+15°C au soufflage (pour une pièce à 22°C, la T_alim est de 37°C) ce qui évite la stratification et permet d’avoir une boucle complète de l’air dans le local.
• Assurer l’ouverture des boites VAV à 100% en chauffage et dimensionner l’installation pour le chauffage pour la zone nord (augmentation d’environ 20% d’air par rapport au dimensionnement en climatisation). Cela assure un bon mixage de l’air en toute saison.
• Implanter les diffuseurs au bon endroit afin d’avoir une vitesse de l’air de 0,15 m/s (30 ppm) à 0,6 m (2 pi) du sol ce qui permet d’assurer une boucle complète de l’air dans le local et assurer une couverture de la fenêtre.
• Implanter les thermostats au bon endroit : placer la sonde de température dans la zone périphérique à environ 8 pieds du mur extérieur; s’il n’est pas possible d’installer une sonde dans la zone périphérique, installer une sonde dans la grille de retour ou bien une sonde de plafond avec une tige de 4 pouces de long.
• Implanter les serpentins de chauffage au bon endroit pour alimenter seulement des diffuseurs de la zone périphérique ; dans le cas d’une alimentation double-gaine, la gaine chaude doit être reliée uniquement aux diffuseurs de la zone périphérique.
• Implanter les grilles de retour au bon endroit, de préférence proches des fenêtres afin d’avoir une meilleure ventilation de l’entre plafonds et une captation de la chaleur des fenêtres en été.

LOCAUX AVEC UNE HAUTEUR DE PLAFOND DE 14 PIeds ET PLUS

Les conditions pour chauffer les locaux avec une hauteur de plafond de 14 pieds et plus sont les suivantes :

• Avoir un écart de température maximum de ∆+15 °C au soufflage : la réduction de l’écart de température en chauffage favorise la formation d’un jet d’air avec une pénétration verticale plus grande.
• Utiliser le bon diffuseur avec le contrôle adapté:

1. Transfert du débit de la zone périphérique à la zone centrale selon la saison (diffuseur à longue portée pour la zone périphérique et diffuseurs à haute induction pour la zone centrale).
2. Diffuseurs à patron de diffusion ajustable : ajustement du patron de diffusion de vertical à l’horizontale permettant l’ajustement du jet selon la saison : 

3. Diffuseurs en conduits à haute induction: percement adapté : 

Un exemple de contrôle d’une zone avec des diffuseurs en conduits à haute induction a été montré et nous avons pu contraster que l’uniformisation de la température de la pièce se fait rapidement :

Les avantages du chauffage par le plafond avec des diffuseurs haute induction sont une économie au niveau de l’opération (élimination plinthes électriques ou à eau chaudeè gain d’espace physique) ainsi qu’une diminution de 95 % du bruit et de l’inconfort thermique.

cOMMENT LA NORME ASHRAE TIENT-ELLE COMPTE DE L’EFFICACITÉ D’UN DIFFUSEUR ?

La section 6.2.2.1 Ventilation exigée du CNB 2010 fait référence à la norme ANSI/ASHRAE 62 « Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality » qui recommande un apport d’air extérieur calculé premièrement en fonction du nombre d’occupants et de la surface desservie. Par la suite, l’efficacité des diffuseurs d’air est choisie selon le tableau 6.2.2.2 ou selon le test ASHRAE 129 (Measuring Air‐Change Effectiveness) et le débit d’air extérieur total est ajusté en conséquence. Comme dans le tableau 6.2.2.2, la valeur de l’efficacité des diffuseurs à cônes conventionnels était de 0.8, la deuxième option a été choisie, soit de tester les diffuseurs selon ASHRAE 129. L’environnement de bureau IERV (Indoor Environment Research Facility) dispose d’une fenêtre sur le mur extérieur comme présenté dans les figures suivantes :

 Environnement de bureau étudie (IERF)

Le système CVCA est une unité de traitement d’air dédiée qui alimente 5 zones distinctes avec des conduits d’alimentation et de retour. Chaque zone a du réchauffage et le système peut être opéré mode volume d’air variable (VAV) ou volume d’air constant (CAV).

Les conditions tests et les appareils de mesure sont représentés sur la figure suivante pour la zone «poste de travail» ainsi que pour la zone périphérique (mur extérieur) :

Les résultats des tests ont permis de conclure que dans les cas des diffuseurs à haute induction étudiés (DN 600), l’efficacité obtenue selon le test ASHRAE 129 peut aller jusqu’à 1,10, ce qui est nettement supérieure à 0,77, la valeur d’un diffuseur conventionnel. Ces essais ont été réalisés par CNRC en conformités avec ASHRAE Standard 129 et le rapport original du CNRC est disponible au lien suivant : http://nadklima.com/images/Accueil-Highlight/nouveautes/Ez-1.1/NadKlimaReport-CNRC.pdf.

En finissant. M. Lauzon présenté un exemple d’application, soit l’exemple de la Place Ville-Marie à Montréal (43 étages à bureaux, 36 000 pi²/étage, 12 600 personnes) qui a un besoin en air neuf de 155 880 CFM. Dans ce cas, l’utilisation des diffuseurs à haute induction se traduit par une économie de 27% (314 430$).

CONCLUSION

L’efficacité des diffuseurs haute induction (facteur Ez) pourra officiellement être considérée pour les fins de calcul de la quantité d’air neuf requise selon ASHRAE 62.1 (obligatoire dans le CNB-Canada) pour un bâtiment faisant usage de chauffage par le plafond à plus de 15°F (8°C) par rapport à la température de la pièce et avec les retours au plafond. En plus de la QAI optimale, l'utilisation du diffuseur à haute induction permet des économies de la quantité d'air neuf d'environ 27% par rapport à un diffuseur à cônes conventionnel (Ez = 0.8).

En conclusion, il est important de répéter les bienfaits des diffuseurs à haute induction qui permettent notamment d’offrir la possibilité de :

• réduire les coûts de construction (possibilité d’éliminer le deuxième stage de chauffage périphérique, moins de diffuseurs);
• réaliser une économie d’énergie (déstratification de la chaleur entre les plafonds et les planchers);
• abaisser des coûts d’opération (réduction des plaintes d’inconfort et possibilité de réduire les primes d’assurance reliées aux risques d’incendies).

Présentation en format PDF.

NOTE : ''les codes et normes en vigueur ont préséance sur les textes résumés fournis ci-dessus ainsi que sur les présentations en pièces jointes.''

VOICI UN APERÇU DES DIFFÉRENTS PRÉSENTOIRS DE NOTRE DERNIÈRE SOIRÉE